基于细观层次的钢筋—次轻混凝土粘结性能研究

• 作 者: 黄安
• 出 处: 北方工业大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 次轻混凝土 变形钢筋 细观数值模拟 粘结性能

次轻混凝土凭借其轻质高强、隔热保温等性能主要应用于超高层建筑、大跨度桥梁、海洋平台等工程中,为了更好的把握次轻混凝土的相关性能,开发其实用性和经济性,本文在钢筋与普通混凝土粘结理论研究的基础上,开展了变形钢筋-次轻混凝土的粘结性能的课题研究。变形钢筋与次轻混凝土粘结作用复杂而多变,已有研究多基于宏观层次,将混凝土看作单一的均质材料,这种处理方法经过时间的论证确实有效,但想要更深入的研究钢筋与混凝土的粘结破坏机理,仍需要从混凝土多相复合非均质材料的本质入手。本文从细观层次的角度出发,运用细观数值模拟的方法建立了变形钢筋-次轻混凝土单端拉拔细观数值分析模型,研究其粘结破坏机理与粘结性能。论文的主要研究内容与结论如下:(1)基于混凝土细观力学的基本理论,将变形钢筋-次轻混凝土单端拉拔试件视作由钢筋、砂浆、普通骨料、轻骨料以及钢筋-砂浆界面材料组成的多相复合材料,建立细观数值分析模型。首先通过骨料级配理论计算骨料数量,运用蒙特卡罗方法分别进行普通骨料和轻骨料的随机投放,并建立算法避免材料间的干涉重叠。然后采用ANSYS的网格划分技术进行各项材料的网格划分,参数定义。模型的建立基于APDL语言,并形成行之有效的参数化程序,为不同工况下的分析提供便利。(2)进行变形钢筋-次轻混凝土粘结性能的细观数值模拟,从单元损坏、裂缝扩展、应力分布入手,研究了变形钢筋-次轻混凝土粘结破坏的全过程,为反演宏观破坏机理与粘结失效的研究提供事实依据,并将模拟结果与试验进行对比分析,验证了细观数值分析模型的有效性和可行性。(3)设计数值试验,分别模拟了不同水灰比、轻骨料替代率下的粘结破坏过程,研究了次轻混凝土的水灰比和轻骨料替代率以及钢筋锚固长度对粘结强度、粘结性能的影响,分析了粘结应力沿钢筋埋长的分布规律以及水灰比和轻骨料替代率对粘结应力分布的影响,总结了变形钢筋-次轻混凝土相对粘结强度与相对锚固长度的关系式。